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GPS应用实例简介

文章来源: admin     时间: 2020-07-05

  

  环球定位体系(GlobalPositioningSystem,简称GPS)是美邦从20世纪70年代入手下手研制的用于军事部分的新一代卫星导航与定位体系,历时20年,耗资200众亿美元,分三阶段研制,继续进入应用,并于 1994年一共筑成。GPS是以卫星为根源的无线电卫星导航定位体系,它具有万能性、环球性、全天候、联贯性和及时性的慎密三维导航与定位效力,并且具有精良的抗搅扰性和保密性。所以,GPS时间率先正在大地丈量、工程丈量、航空影相丈量、海洋丈量、都邑丈量等测绘范围取得了利用[1],并正在军事、交通、通讯、资源、统治等范围张开了探求并取得通俗利用。本文先容GPS正在山区工程丈量中的利用,并提出几点贯通。

  (1)GPS空间卫星星座由21颗使命卫星和3颗正在轨备用卫星构成。24颗卫星匀称散布正在6个轨道平面内,轨道平面的倾角为55,卫星的均匀高度为20200km,运转周期为11h58min。卫星用L波段的两个无线电载波向广阔用户接二连三地发送导航定位信号,导航定位信号中含有卫星的职位消息,使卫星成为一个动态的已知点。正在地球的任何所在、任何时辰,正在高度角15以上,均匀可同时观测到6颗卫星,最众可到达9颗。

  (2)GPS地面监控站首要由散布正在环球的一个主控站、三个注入站和五个监测站构成。主控站遵照各监测站对GPS卫星的观测数据,估量各卫星的轨道参数、钟差参数等,并将这些数据编制成导航电文,传送到注入站,再由注入站将主控站发来的导航电文注入到相应卫星的存储器中。

  (3)GPS用户筑立由GPS给与机、数据管制软件及其终端筑立(如估量机)等构成。GPS给与机可缉捕到按肯定卫星高度截止角所采选的待测卫星的信号,跟踪卫星的运转,并对信号举办相易、放大和管制,再通过估量机和相应软件,经基线解算、网平差,求出GPS给与机中央(测站点)的三维坐标。

  GPS定位是遵照丈量中的间隔交会定点道理实行的[2]。如图1所示,正在待测点Q扶植GPS给与机,正在某临时刻tk同时给与到3颗(或3颗以上)卫星S1、S2、S3所发出的信号。通过数据管制和估量,可求得该时辰给与机天线中央(测站点)至卫星的间隔1、2、3。遵照卫星星历可查到该时辰3颗卫星的三维坐标(Xj,Yj,Zj),j=1,2,3,从而由下式解算出Q点的三维坐标(X,Y,Z):

  相看待通例丈量来说,GPS丈量首要有以下特征:①丈量精度高。GPS观测的精度昭彰高于通常通例丈量,正在小于50km的基线上,其相对定位精度可达1×10-6,正在大于1000km的基线。②测站间无需通视。GPS丈量不须要测站间互相通视,可遵照实践须要确定点位,使得选点使命特别天真轻易。③观测时代短。跟着GPS丈量时间的接续完整,软件的接续更新,正在举办GPS丈量时,静态相对定位每站仅需20min旁边,动态相对定位仅需几秒钟。④仪器操作轻便。目前GPS给与机主动化水平越来越高,操作智能化,观测职员只需对中、整平、量取天线高及开机后设定参数,给与机即可举办主动观测和记实。⑤全天候功课。GPS卫星数目众,且散布匀称,可保障正在任何时代、任何所在联贯举办观测,通常不受气候境况的影响。⑥供应三维坐标。GPS丈量可同时精准测定测站点的三维坐标,其高程精度已可餍足四等水准丈量的央浼。

  本文涉及的工程由某集团公司投资筑制,是一个集息闲、文娱、旅逛、渡假等效力于一体的归纳项目。工程位于城郊,占地66.7hm2众,属两山夹一沟地形,山地面积约占三分之二。最高处约90m。山上树木蕃庑,地形丰富,通视坚苦,行走未便。为了该工程的安排和施工,需筑设首级负责网。切磋到工程丰富,工期较紧,测区通视坚苦,地形滚动大等成分,决断采用GPS丈量。

  (1)安排凭借GPS丈量的时间安排首要凭借1999年修复部宣告的行业法式《都邑丈量典范》、1997年修复部宣告的行业法式《环球定位体系都邑丈量时间规程》[3]及工程丈量合同相闭央浼制订的。

  (2)安排精度遵照工程须要和测区情状,采选都邑或工程二级GPS网举动测区首级负责网。央浼均匀边长小于1km,最弱边相对中偏差小于1/10000,GPS给与机标称精度的固定偏差a15mm,比例偏差系数b20×10-6。

  (3)安排基准和网形如图2所示,负责网共12个点,此中联测已知平面负责点2个(I12,I13),高程负责点5个(I12,I13,105,109,110,其高程由四等水准测得)。采用3台GPS给与机观测,网形布设成边连式。

  (4)观测策画遵照GPS卫星的可睹预告图和几何图形强度(空间职位因子PDOP),采选最佳观测时段(卫星众于4颗,且散布匀称,PDOP值小于6),并编排功课调剂外。

  (1)选点GPS丈量测站点之间不央浼肯定通视,图形布局也比拟天真,所以,点位采选比拟轻易。但切磋GPS丈量的迥殊性,并顾及后续丈量,选点时应着重切磋:①每点最好与某一点通视,以便后续丈量使命的应用;②点方圆高度角15以上不要有毛病物,省得信号被遮挡或接收;③点位要远离大功率无线电发射源、高压电线等,省得电磁场对信号的搅扰;④点位应选正在视野宽敞、交通轻易、有利扩展、易于保留的地方,以便观测和日后应用;⑤选点中断后,按央浼埋设标石,并填写点之记。

  (2)观测遵照GPS功课调剂外的调动举办观测,选取静态相对定位,卫星高度角15,时段长度45min,采样间隔10s。正在3个点上同时部署3台给与机天线(对中、整平、定向),量取天线高,丈量气候数据,开机参观,当各项目标到达央浼时,按给与机的提示输入闭连数据,则给与机主动记实,观测者填写丈量手簿。

  GPS网数据管制分为基线解算和网平差两个阶段,采用随机软件告终。经基线解算、质料检核、外业重测和网平差后,取得GPS负责点的三维坐标(睹外1),其各项精度目标符适时间安排央浼。

  (1)GPS负责网选点天真,布网轻易,根基不受通视、网形的局部,十分是正在地形丰富、通视坚苦的测区,更显其优良性。但因为测区前提较差,边长较短(均匀边长不到300m),基线相对精度较低,局部边长相对精度大于1/10000。所以,当精度央浼较高时,应避免短边,无法避免时,要留心观测。

  (2)GPS给与机观测根基实行了主动化、智能化,且观测时代正在接续省略,大大低浸了功课强度,观测质料首要受观测时卫星的空间散布和卫星信号的质料影响。但因为互异点的选定受地形前提局部,酿成树木遮挡,影响对卫星的观测及信号的质料,经重测后通过。所以,应庄重按相闭央浼选点,择最佳时段观测,并提神手机、步话机等筑立的应用。

  (3)GPS丈量的数据传输和管制采用随机软件告终,只须保障给与卫星信号的质料和已知数据的数目、精度,即可轻易地求出切合精度央浼的负责点三维坐标。但因为联测已知高程点较少(仅联测5个),以致的负责点高程精度较低。所以,要保障负责点高程的精度,务必联测足够的已知高程点。

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